多头小直径搅拌桩试桩方案设计.docx

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多头小直径搅拌桩试桩方案设计

南水北调东线一期工程鲁北段工程

小运河段工程标段3

（合同编号：

NSBD/LBD-XYH003）

多头小直径水泥土搅拌桩试桩方案

中国水利水电第**工程局有限公司

南水北调鲁北段小运河段工程项目经理部

二0一一年十一月十二日

编写：

审核：

批准：

多头小直径水泥土搅拌桩试桩方案

一、工程概况

1.1工程概况

徒骇河倒虹吸工程位于聊城市东昌府区潘屯村南的徒骇河上，起点桩号为36+813，末端桩号为37+091，建筑物全长278米。

徒骇河倒虹吸设计输水流量为50m3/s，工程级别为1级建筑物。

徒骇河倒虹吸采用3孔钢筋砼箱涵，每孔3.5m×3.5m，每节长9~12m，洞身下均设C15素砼垫层，分缝下均设钢筋砼垫梁以减少不均匀沉降；为方便运行管理及检修维护，每隔200m左右设置0.8m×0.8m的检修井。

洞身段基础采用多头小直径水泥土搅拌桩对地基围封处理方案，防渗墙厚度0.3m，防渗墙面积约4427.9m2。

地基处理范围：

长度方向为整个洞身长度范围内，宽度方向为整个洞身宽度范围内，搅拌桩采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，搅拌桩水泥掺入比15%（与被加固湿土的质量比）。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），徒骇河倒虹地震动峰值加速度为0.15g，相应的地震基本烈度为Ⅶ度；地震动反应谱特征周期为0.35s。

1.2工程地质

根据工程地质勘探报告，徒骇河倒虹吸场区地貌类型为黄河冲积平原。

场区地层主要为第四系全新统冲积堆积物，上部为砂壤土，夹有粘土、裂隙粘土、壤土等，下部为粉细砂，底部为中砂。

地层分为7层，从上至下分述如下：

层砂壤土，层厚0.7~2.2m，底高程30.80~32.98m；

层裂隙粘土，层厚0.50~1.70m，底高程30.30~31.88m；

层砂壤土，层厚6~8.8m，底高程21.89~24.3m；

层粘土，层厚0.4~0.8m，底高程21.08~23.80m；

层砂壤土，层厚2.5~4.8m，底高程16.69~18.58m；

层粉细砂，层厚8.7~9.4m，底高程6.89~12.2m。

倒虹吸洞底板高程21.05m，座在

层砂壤土和

层粉细砂粉细砂顶部。

层砂壤土在Ⅶ度地震条件下为液化层，根据设计要求需要进行多头小直径水泥土搅拌桩围封处理。

1.3水文地质

输水工程沿线地下水为第四纪孔隙潜水，分布于沿线第四系松散沉积层中。

主要受大气降水补给；临黄河段接收黄河水的侧渗补给。

以地下缓径流及人工取水为主要排洪途径。

地下水位年变幅2.0~4.0m左右。

地下水埋藏深度受地形和引水影响。

勘探期间，地下水埋深一般0.90~7.80m，局部深达8.56~10.08m。

地下水化学类型主要为重碳酸氯化物-钙镁型、重碳酸硫酸氯化物-钙钠型、重碳酸-钙镁型等，受污染的河水为重碳酸氯化物硫酸-钠钙镁型等。

地下水矿化度为0.65~1.58g/l，无侵蚀性CO2，对混凝土无腐蚀性。

二、试验目的

根据业主、设计、监理等单位要求，徒骇河倒虹吸洞身段多头小直径水泥土搅拌桩需要进行工艺试验，通过工艺试验确定供浆、供气压力、搅拌下沉速度、搅拌提升速度、各工序工作时间等各项施工参数，用以指导大批量多头小直径水泥土搅拌桩的施工。

三、施工准备

（1）试验场地

根据现场实际情况，拟定在19#洞身两侧，两台桩机各做两个单元的防渗墙，首先进行场地平整，并清除地上的障碍物，为工艺试桩提供施工平台。

施工前沿防渗墙轴线开挖一条深不小于0.5m，宽约0.3m的工作槽，防止泥浆外流，以保持场地的清洁。

（2）试验人员

技术工人16人，工程技术人员5人管理人员2人。

（3）机械设备

现已进场一次成墙及两次成墙多头小直径截渗桩机各1台（现已组装调试完毕，就位待命），另配备输浆泵2台，制浆设备2套，挖掘机1台。

（4）施工材料

水泥选用强度等级为42.5级普通硅酸盐水泥。

进场水泥必须具备出厂合格证，拌制水泥浆所用水泥要求新鲜无结块，并经现场取样送试验室复检合格，存放场地要充分满足施工需要，备好满足试桩要求的水泥量。

同时做好现场水泥的防雨、防潮措施。

（5）施工供水

抽取无砂管井内地下水。

（6）施工供电

接当地网电，备足柴油发电机。

四、参数设定

4.1设计参数

（1）加固剂：

强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；

（2）水泥掺入比：

15%（与被加固湿土的质量比）；

（3）有效桩长3.94～11.18m，施工桩长4.44～11.68m。

保证桩深穿透粉细砂层以下1米；

（4）最小墙厚：

不小于300mm；

（6）搅拌桩渗透系数：

不大于2×10-6cm/s；

（7）搅拌桩抗压强度：

不低于1.5MPa。

4.2施工参数

（1）水灰比：

1.5：

1，泥浆比重：

2.5/（1.5/1+1/3.1）=1.37；

（2）垂直度允许偏差：

≤0.5%；

（3）桩位允许偏差：

≤1cm；

（3）桩径：

本次共投入多头小直径搅拌桩机2套，一套一次成墙，一套两次成墙。

一次成墙桩桩径440mm，桩距320mm，搭接宽度120mm，理论成墙厚度302mm，下一单元移位960mm，具体成桩布置图详见下图：

两次成墙桩桩径380mm，单序桩桩距450mm，临序桩桩距225mm，搭接宽度155mm，理论成墙厚度306mm，Ⅱ序桩移位225mm，下一单元移位1350mm，具体成桩布置图详见下图：

（4）水泥掺入量

每米桩（包括3颗桩）长掺入水泥量：

1）一次成墙桩

每米土的体积：

3V=3×πr2×1m =3×3.14×0.222×1 =0.456m3

土的湿密度：

ρ=1.96g/cm3=1.96×103kg/m3（地勘报告）

每米土的质量：

G=V×ρ=0.456m3×1.96×103kg/m3=893.76kg

15%的水泥掺入量M=893.76kg×15%=134.06kg

即：

每米桩长水泥掺入量为134.06kg；需要加水134.06×1.5=201.09kg；

需要配置水泥浆体积（201.09+134.06）/1.37=0.25m3。

2）两次成墙桩

每米土的体积：

3V=3×πr2×1m =3×3.14×0.192×1 =0.34m3

土的湿密度：

ρ=1.96g/cm3=1.96×103kg/m3（地勘报告）

每米土的质量：

G=V×ρ=0.34m3×1.96×103kg/m3=666.52kg

15%的水泥掺入量M=666.52kg×15%=99.98kg

即：

每米桩长水泥掺入量为99.98kg；需要加水99.98×1.5=149.97kg；

需要配置水泥浆体积（149.97+99.98）/1.37=0.18m3。

五、施工方法

5.1一次成墙桩机施工方法

采用“二喷二搅”施工工艺。

（1）测量放样

根据业主移交的水准点和控制网点坐标等永久标桩进行复查核实，确保准确无误。

根据施工图纸，用全站仪定出防渗墙轴线，按设计图定出每单元桩的桩位以及应该打设的深度，并做好标记和记录，编制防渗墙施工桩深控制表，每根桩位平面允许误差≤1cm。

每个单元幅起始点用顶端涂有红漆的30cm长竹签垂直插标，标志点高出地面5cm左右。

桩位测放完毕后报监理核查，合格后方可施工。

试验桩按同样的方法，测放两个单元桩位。

测量工作由专人负责，实行定期复测、校正。

施工期间所有的施工放线、测量记录和绘制图表及时整理、汇编、妥善保存，做为施工记载资料。

（2）桩机就位

搅拌桩机到达作业位置，由当班机长统一指挥，移动前仔细观察现场情况，确保移位平稳、安全，待桩机就位后，调整桩机液压支腿，使调平装置中三个水管液面偏差在±3mm内。

同时，在钻杆顶部用10米长细钢丝悬吊一锤球，下部放置一个间距为1厘米的圆盘，可从圆盘直接读出偏移尺寸及方向。

每次调平搅拌桩机平台后使静止状态下锤球对准中心，向下钻进一半时，读出锤球中心偏移刻度，打倒桩底时，再读出刻度，如果超出允许偏移量则对机架重新进行复钻，确保垂直度偏差不大于0.5%，并在桩机架上画出以米为单位的长度标记，便于钻杆入土时观察、记录钻杆的钻进深度，确保搅拌桩长不少于设计桩长。

为了在施工过程中确保垂直度控制良好，在钻机四个支座处加设较大面积的钢垫箱，使钻机在钻进中保持平稳，钻进时要经常检查垂直度，如发现偏差则边钻进边调整，对于设计长度较长的水泥搅拌桩，在开始保持较慢的钻进速度，待机身稳定后再加快钻进速度。

桩的孔位置与图纸偏差不得大于10mm。

（3）配制泥浆

按本方案“四、参数设定”规定的参数并结合每单元幅（或每序桩）的桩长配置水泥浆，按每单元幅（或每序桩）一桶浆定量，严格控制每桶搅拌桶的水泥用量及液面高度。

水泥浆的制备须有充分的时间，要求不小于3分钟，以保证搅拌均匀性。

水泥浆从泥浆搅拌机倒入储浆罐时，必须通过过滤网，把水泥硬块剔出。

浆液进入储浆罐中必须不停地搅拌，以保证浆液不离析。

拌制浆液的时间超过3个小时的应作为废浆处理，施工时泵送水泥浆必须连续，水泥浆用量、泵压以及泵送水泥浆的时间应有专人记录。

（4）喷浆搅拌下沉

启动浆喷机电动机，放松起重机或卷扬机钢丝绳，使浆喷桩机沿导向架自上而下浆喷切土下沉，下沉速度V≤1.0m/min，开启泥浆泵同时喷浆，注浆压力：

1.5~2.5Mpa，边喷浆边旋转，输浆管道不能发生堵塞，使水泥浆和原地基土充分拌合，直到下沉钻进至桩底标高并超深10~20cm，偏差不大于50mm，并原位喷浆30S以上。

（5）提升喷浆搅拌

钻进至桩底标高并超深10~20cm且在原位喷浆30S以上后，调整泥浆泵档位及桩机档位，以V≤2m/min的速度提升搅拌钻头，边喷浆边旋转，提升到超出桩顶设计标高50cm后关闭泥浆泵，在原位转动喷浆30s，以保证桩头均匀密实。

第一个单元施工完成，检查水泥浆用量，确保一个单元一桶浆。

（6）桩机移位

第一个单元施工完成后，主机整体沿预先标定的方向移动960mm至下一单元就位，两单元搭接尺寸为120mm。

（7）重复（3）~（5）工序，施工下一单元，试验桩施工完成。

5.2两次成墙桩机施工方法

同样采用“二喷二搅”施工工艺。

（1）测量放样

测量放样方法同一次成墙桩机，测放处两个单元共四序桩的桩位及高程，技术标准同一次成墙桩机。

（2）桩机就位

同一次成墙桩机。

（3）配制泥浆

同一次成墙桩机，配备两个单元共四序桩的水泥浆量，每序一桶。

（4）喷浆搅拌下沉

同一次成墙桩机

（5）提升喷浆搅拌

同一次成墙桩机，完成第一个单元第Ⅰ序桩施工。

（6）机架移位

第一个单元第Ⅰ序孔施工完成后，主机上机架纵移225mm至该单元第Ⅱ序桩，调平主机。

（7）重复（3）~（5）工序，施工第一单元第Ⅱ序桩，完成第一单元施工。

（8）主机整体沿预先标定的方向移动1350mm至下一单元第Ⅰ序桩就位，两单元搭接尺寸为155mm。

（9）重复（3）~（7）工序，施工下一单元，试验桩施工完成。

六、施工质量控制与检测

（1）测量放样

施工开始前，会同监理复核桩位的现场放样成果，经监理签认后方可开始施工。

桩位允许偏差：

≤1cm。

桩顶、桩底高程，均不应低于设计值。

桩底一般应超深100-200mm，桩顶应超过0.5m。

（2）垂直度检测

施工中应保持搅拌桩机底盘的水平和导向架的竖直，搅拌桩的垂直偏差不得超过0.5%。

（3）原材料检验

水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，存放时间不超过出厂日期后三个月。

水泥进场后，应堆放整齐，堆放高度不宜超过10袋，并作好防潮、防雨等措施。

（4）水泥浆制备

专人负责，严格按设计参数及要求配制水泥浆，配合比允许偏差不大于±0.1，可用比重计检验。

定时检查、维护制浆泵送系统，保证施工时连续供浆。

（5）设备检验

1）经常对搅拌桩机进行维修保养，尽量减少施工过程中由于设备故障而造成的质量问题。

设专人负责操作，上岗前必须检查机械设备的性能，确保设备正常运转。

每班施工前测定钻头直径，并记录数值，控制钻头磨损误差在±10mm以内。

2）水泥搅拌桩开钻之前，应采用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象，待水排尽后方可下钻。

喷浆搅拌施工过程中发生事故而停机1小时以上，先拆卸管路，排除水泥结石，然后进行清洗。

3）在机械运转过程中操作人员要时刻对电流大小、空压机的压力、送浆计量值、搅拌升降速度等进行观察，保证其正常运转。

4）当发现搅拌机的入土切削和提升搅拌负荷太大及电机工作电流超过额定值时，应减慢升降速度或补给清水；发生卡转、停转现象时，切断电源，并将搅拌机强制提升出地面，然后再重新启动电机。

5）当电网电压低于350v时，暂停施工，以保护电机。

（5）钻进、提升速度控制

在下沉和提升过程中保持螺杆匀速下钻，匀速提升。

搅拌下沉速度不超过1m/min，提升速度不超过2m/min。

（6）喷浆控制

桩机钻头下沉至设计深度以下100mm~200mm时，稍微停留，喷浆的同时继续搅拌，原地转动喷浆30秒，使浆液完全到达桩底，，提升时停浆面应该高于桩顶设计标高0.5m，原地转动喷浆30秒，以保证桩头均匀密实。

施工时如因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升，保证预搅和搅拌的连续性和均匀性。

施工中发现喷浆不足，应要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。

如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。

在12h内采取喷浆处理措施，并将补喷情况填报施工记录内。

补喷重叠段应大于100cm，超过12h应采取补桩措施。

（7）桩端处理

根据实际施工经验，水泥土搅拌法在施工到顶端300～500mm范围时，因上覆土压力较小，搅拌质量较差。

因此，停浆面应高出桩顶标高500mm，必须在开挖搅拌桩顶端时用人工挖除该部分，确保桩顶质量。

（8）现场记录

现场施工人员认真填写施工原始记录，记录内容应包括：

1）施工桩号、施工日期、天气情况；2）单桩水泥用量；3）水灰比；4）泥浆泵压力、管道压力；5）浆液流量；6）每米喷浆量；7）喷浆深度、停浆标高；8）钻机转速；9）钻进速度、提升速度；和外掺剂用量；10）复搅深度。

（9）质量检测

成桩后3天内，用轻型动力触探（N10）检查每米桩身的均匀性。

检验数量为施工总桩数的1％，且不少于3根。

成桩7天后，采用浅部开挖桩头（深度宜超过停浆面以下0.5m），目测检查搅拌的均匀性，量测成桩直径，检查量为总桩数的5%，不小于3根，荷载实验须在成桩28天后，对单桩承载力及复合地基承载力进行检测，检验数量为桩总数的0.5%~1%，且不小于3根。

渗透检测：

在防渗墙的一侧加厚一单元墙，在两墙中心钻孔，然后注水试验，观测水位变化，该法可直接测出渗透系数。

七、试验结果整理

工艺成桩试验完成后，根据检测所得的相关数据进行汇总比较，确定较为合理的各项试验数据后上报监理，经批准后作为水泥土搅拌桩具体施工的参数和要求。

八、安全文明施工

（1）安全生产必须贯穿工程的始终，各个环节操作必须符合安全规定的要求。

工地除专职安全员负责安全工作外，各级管理人员要重视安全生产，做到管生产必须抓安全的原则。

（2）凡进入现场人员必须戴安全帽，不得穿拖鞋或赤脚进入场地，爬高必须系好安全带。

（3）施工区域或危险区域有醒目的安全警示标志，并定期组织专人检查。

（4）工地主要出入口设置交通指令标志和警示灯，保证车辆和行人的安全。

（5）桩机启动前必须检查各部分连接是否牢靠，各系统部件有否松动，脱落等现象。

（6）施工现场人员要密切注意桩机的动态，防止发生意外事故。

（7）搅拌机的钻进及提升，负荷太大及电机工作电流超过预定值时，应减慢升降速度及补给清水，一旦发生卡钻或停钻现象，应切断电源，将搅拌机强制提起后，才能启动电机。

（8）地基注浆，操作人员应注意防护，要带眼镜、胶皮手套等防护用品；压注浆结束时，必须坚持泵压回零，才能拆卸管路和接头，以防浆液喷射伤人，非操作人员不得靠近注浆地点。

（9）施工场内一切电源、电路的安装和拆除，应由持证电工专管，电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器；电器安装后经验收合格才准接通电源使用；多机作业用电必须分闸，严禁一闸多机或一闸多用；施工现场电线、电缆必须按规定架空，严禁拖地和乱拉、乱搭。

不得使用不防水的电线或绝缘层有损伤的电线。

（10）做好场地排水，防止施工用水、泥浆满地流。